JPH0714764A - 薄膜多結晶シリコン及びその製造方法 - Google Patents
薄膜多結晶シリコン及びその製造方法Info
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- JPH0714764A JPH0714764A JP5153692A JP15369293A JPH0714764A JP H0714764 A JPH0714764 A JP H0714764A JP 5153692 A JP5153692 A JP 5153692A JP 15369293 A JP15369293 A JP 15369293A JP H0714764 A JPH0714764 A JP H0714764A
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 キャリア移動度の高い薄膜多結晶シリコンを
得る。 【構成】 基板１上に形成した非晶質シリコン薄膜を熱
処理することにより結晶化した薄膜多結晶シリコン２で
あり、実質的に厚み方向に結晶粒界２ａが存在しないこ
とを特徴としている。結晶相を分散して含むドープされ
た第１の非晶質シリコン層の上にドープされていない第
２の非晶質シリコン層を形成し、これらを結晶化するた
め熱処理することによりこのような薄膜多結晶シリコン
を製造することができる。
得る。 【構成】 基板１上に形成した非晶質シリコン薄膜を熱
処理することにより結晶化した薄膜多結晶シリコン２で
あり、実質的に厚み方向に結晶粒界２ａが存在しないこ
とを特徴としている。結晶相を分散して含むドープされ
た第１の非晶質シリコン層の上にドープされていない第
２の非晶質シリコン層を形成し、これらを結晶化するた
め熱処理することによりこのような薄膜多結晶シリコン
を製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜多結晶シリコン及
びその製造方法に関するものである。
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】薄膜多結晶シリコンは、光起電力素子等
において光電変換層として用いられている。このような
光起電力素子においては光電変換効率の向上が求められ
ており、光電変換効率を向上させるための１つの手段と
して薄膜多結晶シリコンにおける結晶粒を大型化し、薄
膜内におけるキャリア移動度を高めることが必要とな
る。
において光電変換層として用いられている。このような
光起電力素子においては光電変換効率の向上が求められ
ており、光電変換効率を向上させるための１つの手段と
して薄膜多結晶シリコンにおける結晶粒を大型化し、薄
膜内におけるキャリア移動度を高めることが必要とな
る。
【０００３】薄膜多結晶シリコンの製造方法の一例とし
て、基板上に非晶質シリコン薄膜を形成し、この非晶質
シリコン薄膜を熱処理して結晶化させる、いわゆる固相
成長法が知られている。固相成長法により結晶粒径の大
きな薄膜多結晶シリコンを製造する方法として、いわゆ
るパーシャルドーピング法が知られている。パーシャル
ドーピング法は、非晶質シリコン薄膜の一部にリン
（Ｐ）あるいはボロン（Ｂ）等をドーピングすることに
より、非晶質シリコンの荷電状態を変化させ、ドープさ
れた部分から選択的に結晶化を開始させる方法である。
パーシャルドーピング法によれば、非晶質シリコン薄膜
中の特定の部分から結晶化が開始されるため、結晶核の
発生を制御することができ、比較的大きな結晶粒径を有
する薄膜多結晶シリコンを得ることができる。
て、基板上に非晶質シリコン薄膜を形成し、この非晶質
シリコン薄膜を熱処理して結晶化させる、いわゆる固相
成長法が知られている。固相成長法により結晶粒径の大
きな薄膜多結晶シリコンを製造する方法として、いわゆ
るパーシャルドーピング法が知られている。パーシャル
ドーピング法は、非晶質シリコン薄膜の一部にリン
（Ｐ）あるいはボロン（Ｂ）等をドーピングすることに
より、非晶質シリコンの荷電状態を変化させ、ドープさ
れた部分から選択的に結晶化を開始させる方法である。
パーシャルドーピング法によれば、非晶質シリコン薄膜
中の特定の部分から結晶化が開始されるため、結晶核の
発生を制御することができ、比較的大きな結晶粒径を有
する薄膜多結晶シリコンを得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光起電
力素子の光電変換効率をさらに向上させるためには、従
来のパーシャルドーピング法により得られる薄膜多結晶
シリコンでは限界があった。
力素子の光電変換効率をさらに向上させるためには、従
来のパーシャルドーピング法により得られる薄膜多結晶
シリコンでは限界があった。
【０００５】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、薄膜内におけるキャリア移動度が高められた
薄膜多結晶シリコン及びその製造方法を提供することに
ある。
を解消し、薄膜内におけるキャリア移動度が高められた
薄膜多結晶シリコン及びその製造方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜多結晶シリ
コンは、基板上に形成した非晶質シリコン薄膜を熱処理
することにより結晶化した薄膜多結晶シリコンであり、
実質的に厚み方向に結晶粒界が存在しないことを特徴と
している。
コンは、基板上に形成した非晶質シリコン薄膜を熱処理
することにより結晶化した薄膜多結晶シリコンであり、
実質的に厚み方向に結晶粒界が存在しないことを特徴と
している。
【０００７】本発明の製造方法は、上記薄膜多結晶シリ
コンを製造することのできる方法であり、結晶相を分散
して含むドープされた第１の非晶質シリコン層を基板上
に形成する工程と、第１の非晶質シリコン層の上にドー
プされていない第２の非晶質シリコン層を形成する工程
と、第１の非晶質シリコン層及び第２の非晶質シリコン
層を結晶化するため熱処理する工程とを備えている。
コンを製造することのできる方法であり、結晶相を分散
して含むドープされた第１の非晶質シリコン層を基板上
に形成する工程と、第１の非晶質シリコン層の上にドー
プされていない第２の非晶質シリコン層を形成する工程
と、第１の非晶質シリコン層及び第２の非晶質シリコン
層を結晶化するため熱処理する工程とを備えている。
【０００８】本発明の製造方法において、第１の非晶質
シリコン層及び第２の非晶質シリコン層は、好ましくは
ＣＶＤ法により形成される。また、第１の非晶質シリコ
ン層及び第２の非晶質シリコン層は、原料ガスの組成を
除きその他は同一の形成条件で形成することが可能であ
るので、第１の非晶質シリコン層を形成した後、原料ガ
スを切り換えることにより、引き続き第２の非晶質シリ
コン層を形成することができる。
シリコン層及び第２の非晶質シリコン層は、好ましくは
ＣＶＤ法により形成される。また、第１の非晶質シリコ
ン層及び第２の非晶質シリコン層は、原料ガスの組成を
除きその他は同一の形成条件で形成することが可能であ
るので、第１の非晶質シリコン層を形成した後、原料ガ
スを切り換えることにより、引き続き第２の非晶質シリ
コン層を形成することができる。
【０００９】
【作用】本発明者らは、薄膜多結晶シリコンにおいて結
晶粒界を厚み方向に存在させないことにより、キャリア
移動度を向上させ得ることを見いだした。本発明の薄膜
多結晶シリコンでは、厚み方向に結晶粒界が実質的に存
在していないため、キャリア移動度が高く、光起電力素
子の光電変換層に本発明の薄膜多結晶シリコンを用いた
場合、高い光電変換効率を得ることができる。
晶粒界を厚み方向に存在させないことにより、キャリア
移動度を向上させ得ることを見いだした。本発明の薄膜
多結晶シリコンでは、厚み方向に結晶粒界が実質的に存
在していないため、キャリア移動度が高く、光起電力素
子の光電変換層に本発明の薄膜多結晶シリコンを用いた
場合、高い光電変換効率を得ることができる。
【００１０】本発明の製造方法に従えば、厚み方向に結
晶粒界が実質的に存在しない上記薄膜多結晶シリコンを
製造することのできる方法であり、結晶相を分散して含
むドープされた第１の非晶質シリコン層の上にドープさ
れていない第２の非晶質シリコン層を形成し、第１の非
晶質シリコン層及び第２の非晶質シリコン層を結晶化す
るため熱処理する。この結晶化の際、第１の非晶質シリ
コン層に含まれる結晶相が種となって結晶化が開始され
る。厚み方向に大きな結晶粒が成長するので、結晶粒界
が薄膜の厚み方向にのみ沿って形成され、厚み方向に結
晶粒界が存在しない薄膜多結晶シリコンが形成される。
晶粒界が実質的に存在しない上記薄膜多結晶シリコンを
製造することのできる方法であり、結晶相を分散して含
むドープされた第１の非晶質シリコン層の上にドープさ
れていない第２の非晶質シリコン層を形成し、第１の非
晶質シリコン層及び第２の非晶質シリコン層を結晶化す
るため熱処理する。この結晶化の際、第１の非晶質シリ
コン層に含まれる結晶相が種となって結晶化が開始され
る。厚み方向に大きな結晶粒が成長するので、結晶粒界
が薄膜の厚み方向にのみ沿って形成され、厚み方向に結
晶粒界が存在しない薄膜多結晶シリコンが形成される。
【００１１】また、上述のように第１の非晶質シリコン
層及び第２の非晶質シリコン層をＣＶＤ法によって形成
すれば、原料ガスの切換より第１の非晶質シリコン層の
形成に引き続き第２の非晶質シリコン層を形成すること
ができる。このため連続した工程で非晶質シリコン層を
形成でき、第１の非晶質シリコン層と第２の非晶質シリ
コン層の界面に導入される酸素、窒素、炭素等の不純物
濃度を大幅に低減することができる。このため結晶化の
際に種である結晶相からの結晶成長がスムーズに起こ
り、新たな核発生を防止することができ、より大きな結
晶粒径で、かつ厚み方向に結晶粒界が存在しない薄膜多
結晶シリコンを製造することができる。
層及び第２の非晶質シリコン層をＣＶＤ法によって形成
すれば、原料ガスの切換より第１の非晶質シリコン層の
形成に引き続き第２の非晶質シリコン層を形成すること
ができる。このため連続した工程で非晶質シリコン層を
形成でき、第１の非晶質シリコン層と第２の非晶質シリ
コン層の界面に導入される酸素、窒素、炭素等の不純物
濃度を大幅に低減することができる。このため結晶化の
際に種である結晶相からの結晶成長がスムーズに起こ
り、新たな核発生を防止することができ、より大きな結
晶粒径で、かつ厚み方向に結晶粒界が存在しない薄膜多
結晶シリコンを製造することができる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の薄膜多結晶シリコンの結晶
構造を示す模式図である。図１を参照して、基板１上に
は薄膜多結晶シリコン２が形成されており、薄膜多結晶
シリコンの結晶粒界２ａは厚み方向に沿って延びてお
り、厚み方向に結晶粒界は存在していない。薄膜多結晶
シリコンにおける結晶粒の面内方向の大きさは、膜厚に
対し０．１〜１程度が一般的である。薄膜多結晶シリコ
ンの厚みは、結晶化前の非晶質シリコン薄膜の厚みで決
定されるが、全体の厚みとして２０μｍの厚みであって
も、図１に示すような厚み方向に結晶粒界の存在しない
薄膜多結晶シリコンを製造することができる。
構造を示す模式図である。図１を参照して、基板１上に
は薄膜多結晶シリコン２が形成されており、薄膜多結晶
シリコンの結晶粒界２ａは厚み方向に沿って延びてお
り、厚み方向に結晶粒界は存在していない。薄膜多結晶
シリコンにおける結晶粒の面内方向の大きさは、膜厚に
対し０．１〜１程度が一般的である。薄膜多結晶シリコ
ンの厚みは、結晶化前の非晶質シリコン薄膜の厚みで決
定されるが、全体の厚みとして２０μｍの厚みであって
も、図１に示すような厚み方向に結晶粒界の存在しない
薄膜多結晶シリコンを製造することができる。
【００１３】図１１は、本発明に従う薄膜多結晶シリコ
ンを示す電子顕微鏡写真である。また図１２は、図１１
に示す電子顕微鏡写真を模式的に示す図である。図１１
及び図１２を参照して、基板３上には、薄膜多結晶シリ
コン４が形成されており、ここでは３つの単結晶からな
る結晶粒５，６，７が観察されている。結晶粒６は、結
晶粒５，７に比べやや暗く写っている。これは結晶粒６
の結晶方位が他の結晶粒５，７と異なるためである。こ
のような濃淡によって各結晶粒を観察することができ、
図１１及び図１２においては、結晶粒５と結晶粒６との
結晶粒界４ａ、並びに結晶粒６と結晶粒７との結晶粒界
４ｂが観察される。図１１及び図１２から明らかなよう
に、各結晶粒５，６，７は厚み方向に成長しており、結
晶粒界４ａ及び４ｂは厚み方向に沿って延びている。
ンを示す電子顕微鏡写真である。また図１２は、図１１
に示す電子顕微鏡写真を模式的に示す図である。図１１
及び図１２を参照して、基板３上には、薄膜多結晶シリ
コン４が形成されており、ここでは３つの単結晶からな
る結晶粒５，６，７が観察されている。結晶粒６は、結
晶粒５，７に比べやや暗く写っている。これは結晶粒６
の結晶方位が他の結晶粒５，７と異なるためである。こ
のような濃淡によって各結晶粒を観察することができ、
図１１及び図１２においては、結晶粒５と結晶粒６との
結晶粒界４ａ、並びに結晶粒６と結晶粒７との結晶粒界
４ｂが観察される。図１１及び図１２から明らかなよう
に、各結晶粒５，６，７は厚み方向に成長しており、結
晶粒界４ａ及び４ｂは厚み方向に沿って延びている。
【００１４】図２は、従来のパーシャルドーピング法に
より得られた薄膜多結晶シリコンの結晶構造を示す模式
図である。図２を参照して、基板１１上には薄膜多結晶
シリコン１２が形成されており、この薄膜多結晶シリコ
ン１２においては、厚み方向に結晶粒界１２ａが存在し
ている。
より得られた薄膜多結晶シリコンの結晶構造を示す模式
図である。図２を参照して、基板１１上には薄膜多結晶
シリコン１２が形成されており、この薄膜多結晶シリコ
ン１２においては、厚み方向に結晶粒界１２ａが存在し
ている。
【００１５】次に、図１に示すような薄膜多結晶シリコ
ンを製造する方法の実施例について説明する。図３は、
本発明の製造方法に従う実施例において第１の非晶質シ
リコン層及び第２の非晶質シリコン層を形成した後の状
態を示す断面図である。図３を参照して、基板２１の上
には結晶相２３を分散して含むドープされた第１の非晶
質シリコン層２２が形成されている。この実施例では第
１の非晶質シリコン層２２はＰがドープされた非晶質シ
リコン層である。この実施例では、第１の非晶質シリコ
ン層２２を約０．２μｍの厚みで形成している。基板と
しては、透光性の石英基板を用いた。
ンを製造する方法の実施例について説明する。図３は、
本発明の製造方法に従う実施例において第１の非晶質シ
リコン層及び第２の非晶質シリコン層を形成した後の状
態を示す断面図である。図３を参照して、基板２１の上
には結晶相２３を分散して含むドープされた第１の非晶
質シリコン層２２が形成されている。この実施例では第
１の非晶質シリコン層２２はＰがドープされた非晶質シ
リコン層である。この実施例では、第１の非晶質シリコ
ン層２２を約０．２μｍの厚みで形成している。基板と
しては、透光性の石英基板を用いた。
【００１６】第１の非晶質シリコン層２２は、プラズマ
ＣＶＤ法により形成することができ、形成条件として
は、例えば、基板温度５００〜６００℃、ガス流量Ｓｉ
Ｈ4 ３〜５ｓｃｃｍ；ＰＨ3 ０．００３〜０．０１ｓｃ
ｃｍ；Ｈ2 ４０〜３００ｓｃｃｍ、反応圧力１０〜１０
０Ｐａ、ＲＦパワー５０〜１００ｍＷ／ｃｍ2 の範囲で
設定することができる。
ＣＶＤ法により形成することができ、形成条件として
は、例えば、基板温度５００〜６００℃、ガス流量Ｓｉ
Ｈ4 ３〜５ｓｃｃｍ；ＰＨ3 ０．００３〜０．０１ｓｃ
ｃｍ；Ｈ2 ４０〜３００ｓｃｃｍ、反応圧力１０〜１０
０Ｐａ、ＲＦパワー５０〜１００ｍＷ／ｃｍ2 の範囲で
設定することができる。
【００１７】このような条件で形成することにより、図
３に示すような結晶相２３が分散した第１の非晶質シリ
コン層を形成することができる。結晶相２３を透過型電
子顕微鏡の回折パターンにより評価したところ、単結晶
相であることが確認されている。結晶相２３の大きさと
しては、１００Å〜１０μｍであることが好ましく、こ
の実施例では１０００〜２０００Å程度である。またこ
の実施例では、結晶相２３の上方部分は第１の非晶質シ
リコン層２２の表面より２００〜６００Å程度突出して
形成されている。本発明では、結晶相は図３に示すよう
に必ずしも突出した形態で形成される必要はなく、第１
の非晶質シリコン層２２内に埋め込まれた状態のもので
あってもよい。
３に示すような結晶相２３が分散した第１の非晶質シリ
コン層を形成することができる。結晶相２３を透過型電
子顕微鏡の回折パターンにより評価したところ、単結晶
相であることが確認されている。結晶相２３の大きさと
しては、１００Å〜１０μｍであることが好ましく、こ
の実施例では１０００〜２０００Å程度である。またこ
の実施例では、結晶相２３の上方部分は第１の非晶質シ
リコン層２２の表面より２００〜６００Å程度突出して
形成されている。本発明では、結晶相は図３に示すよう
に必ずしも突出した形態で形成される必要はなく、第１
の非晶質シリコン層２２内に埋め込まれた状態のもので
あってもよい。
【００１８】なお、結晶相２３の分散の度合いは、第１
の非晶質シリコン層２２を形成する条件、例えばＲＨパ
ワー等を調節することにより調整することができ、また
基板２１の表面に凹凸面を形成し、この凹凸面の間隔を
調整することによっても調整可能である。結晶相間の間
隔は、０．５μｍ〜２０μｍ程度であることが好まし
い。
の非晶質シリコン層２２を形成する条件、例えばＲＨパ
ワー等を調節することにより調整することができ、また
基板２１の表面に凹凸面を形成し、この凹凸面の間隔を
調整することによっても調整可能である。結晶相間の間
隔は、０．５μｍ〜２０μｍ程度であることが好まし
い。
【００１９】以上のようにして形成した第１の非晶質シ
リコン層２２の上に、ドープされていない第２の非晶質
シリコン層２４を形成する。この実施例ではプラズマＣ
ＶＤ法により第２の非晶質シリコン層２４を形成してお
り、形成条件として、例えば、基板温度５００〜６００
℃、ガス流量ＳｉＨ4 １０〜６０ｓｃｃｍまたはＳｉ 2
Ｈ6 １０〜４０ｓｃｃｍ、反応圧力１０〜１００Ｐａ、
ＲＦパワー１００〜５００ｍＷ／ｃｍ2 の範囲で設定す
ることができる。形成条件は反応ガスの条件を除き、第
１の非晶質シリコン層２２と同一であるので、第１の非
晶質シリコン層２２を形成した条件で反応ガスのみを切
り換えることにより第２の非晶質シリコン層２４を形成
することができる。この実施例では、第２の非晶質シリ
コン層２４を約３μｍの厚みで形成した。
リコン層２２の上に、ドープされていない第２の非晶質
シリコン層２４を形成する。この実施例ではプラズマＣ
ＶＤ法により第２の非晶質シリコン層２４を形成してお
り、形成条件として、例えば、基板温度５００〜６００
℃、ガス流量ＳｉＨ4 １０〜６０ｓｃｃｍまたはＳｉ 2
Ｈ6 １０〜４０ｓｃｃｍ、反応圧力１０〜１００Ｐａ、
ＲＦパワー１００〜５００ｍＷ／ｃｍ2 の範囲で設定す
ることができる。形成条件は反応ガスの条件を除き、第
１の非晶質シリコン層２２と同一であるので、第１の非
晶質シリコン層２２を形成した条件で反応ガスのみを切
り換えることにより第２の非晶質シリコン層２４を形成
することができる。この実施例では、第２の非晶質シリ
コン層２４を約３μｍの厚みで形成した。
【００２０】次に、以上のようにして形成した第１の非
晶質シリコン層及び第２の非晶質シリコン層を結晶化す
るため熱処理する。熱処理の条件としては、５５０〜６
５０℃、３〜２０時間程度が好ましく、この実施例では
６００℃、１０時間熱処理し結晶化させた。熱処理の際
の雰囲気は、好ましくは真空または窒素雰囲気中であ
る。結晶化に際して、図３に示す結晶相２３が結晶化開
始の種となり結晶化が進行する。図４は、このような結
晶化の途中の状態を模式的に示した断面図である。図４
に示すように、厚み方向に沿って結晶化が進行し結晶粒
２５を形成していることがわかる。このようにして成長
する結晶粒２５が第１の非晶質シリコン層２２及び第２
の非晶質シリコン層２４の全領域に到達し、図１に示す
ような薄膜多結晶シリコンが形成される。
晶質シリコン層及び第２の非晶質シリコン層を結晶化す
るため熱処理する。熱処理の条件としては、５５０〜６
５０℃、３〜２０時間程度が好ましく、この実施例では
６００℃、１０時間熱処理し結晶化させた。熱処理の際
の雰囲気は、好ましくは真空または窒素雰囲気中であ
る。結晶化に際して、図３に示す結晶相２３が結晶化開
始の種となり結晶化が進行する。図４は、このような結
晶化の途中の状態を模式的に示した断面図である。図４
に示すように、厚み方向に沿って結晶化が進行し結晶粒
２５を形成していることがわかる。このようにして成長
する結晶粒２５が第１の非晶質シリコン層２２及び第２
の非晶質シリコン層２４の全領域に到達し、図１に示す
ような薄膜多結晶シリコンが形成される。
【００２１】図５及び図６は、上述の基板の凹凸面の形
成により結晶相間の間隔を調整する方法について説明す
るための断面図である。図５を参照して、凹凸が形成さ
れた基板２１上には第１の非晶質シリコン層２２が形成
されており、この第１の非晶質シリコン層２２中に結晶
相２３が分散している。図５に示すように、結晶相２３
は、基板２１のフラットな部分２１ａの上方に形成され
ている。図６は、フラットな基板を用いた場合の断面図
を示しており、図６に示すようにフラットな基板２１を
用いた場合には、図５に示す凹凸面を有する基板に比べ
より密に結晶相２３が形成される。従って、凹凸基板に
平坦な部分を所望の密度で形成することにより、結晶相
の分散の度合い、すなわち結晶相間の間隔を調整するこ
とができる。
成により結晶相間の間隔を調整する方法について説明す
るための断面図である。図５を参照して、凹凸が形成さ
れた基板２１上には第１の非晶質シリコン層２２が形成
されており、この第１の非晶質シリコン層２２中に結晶
相２３が分散している。図５に示すように、結晶相２３
は、基板２１のフラットな部分２１ａの上方に形成され
ている。図６は、フラットな基板を用いた場合の断面図
を示しており、図６に示すようにフラットな基板２１を
用いた場合には、図５に示す凹凸面を有する基板に比べ
より密に結晶相２３が形成される。従って、凹凸基板に
平坦な部分を所望の密度で形成することにより、結晶相
の分散の度合い、すなわち結晶相間の間隔を調整するこ
とができる。
【００２２】図７は、このような結晶成長を行うための
熱処理装置を示す模式的断面図である。図７を参照し
て、非晶質シリコン層３２が形成された基板３１はステ
ージ３３に取付けられており、ステージ３３にはヒータ
ー３４が設けられている。この装置のように、基板３１
側から非晶質シリコン層３２を加熱することのできる装
置が好ましい。
熱処理装置を示す模式的断面図である。図７を参照し
て、非晶質シリコン層３２が形成された基板３１はステ
ージ３３に取付けられており、ステージ３３にはヒータ
ー３４が設けられている。この装置のように、基板３１
側から非晶質シリコン層３２を加熱することのできる装
置が好ましい。
【００２３】本発明に従う実施例の薄膜多結晶シリコン
のホール移動度を測定した。表面がフラットな石英基板
と表面に凹凸を形成した石英基板を用いて上記実施例と
同様にして薄膜多結晶シリコンを形成したものについて
測定した。また、比較として、従来のパーシャルドーピ
ング法により表面がフラットな石英基板及び表面に凹凸
が形成された石英基板上に薄膜多結晶シリコンを形成し
たものについてもホール移動度を測定した。測定結果を
図８に示す。
のホール移動度を測定した。表面がフラットな石英基板
と表面に凹凸を形成した石英基板を用いて上記実施例と
同様にして薄膜多結晶シリコンを形成したものについて
測定した。また、比較として、従来のパーシャルドーピ
ング法により表面がフラットな石英基板及び表面に凹凸
が形成された石英基板上に薄膜多結晶シリコンを形成し
たものについてもホール移動度を測定した。測定結果を
図８に示す。
【００２４】基板に対する凹凸の形成は、大きさ１０μ
ｍのダイヤモンド粒を垂直方向から基板に衝突させるブ
ラスト法により形成した。これにより、山と谷の間の高
さ及び山と山との間の距離が１０〜２０μｍである凹凸
基板を形成し用いた。
ｍのダイヤモンド粒を垂直方向から基板に衝突させるブ
ラスト法により形成した。これにより、山と谷の間の高
さ及び山と山との間の距離が１０〜２０μｍである凹凸
基板を形成し用いた。
【００２５】また、比較例の従来のパーシャルドーピン
グ法においてドープされた非晶質シリコン層の形成条件
は、基板温度５００〜６００℃、ガス流量ＳｉＨ4 １０
〜２０ｓｃｃｍ；ＰＨ3 ０．００１〜０．０１ｓｃｃ
ｍ、反応圧力１０〜１００Ｐａ、ＲＦパワー１００〜２
００ｍＷ／ｃｍ2 の範囲である。本発明に従う実施例の
形成条件とは反応ガスの水素ガス希釈において大きく相
違している。なお、ドープされた非晶質シリコン層上に
形成するドープされていない非晶質シリコン層の形成条
件は、上記実施例と同様の条件である。
グ法においてドープされた非晶質シリコン層の形成条件
は、基板温度５００〜６００℃、ガス流量ＳｉＨ4 １０
〜２０ｓｃｃｍ；ＰＨ3 ０．００１〜０．０１ｓｃｃ
ｍ、反応圧力１０〜１００Ｐａ、ＲＦパワー１００〜２
００ｍＷ／ｃｍ2 の範囲である。本発明に従う実施例の
形成条件とは反応ガスの水素ガス希釈において大きく相
違している。なお、ドープされた非晶質シリコン層上に
形成するドープされていない非晶質シリコン層の形成条
件は、上記実施例と同様の条件である。
【００２６】図８に示されるように、本発明に従い形成
した薄膜多結晶シリコンは、従来の方法で形成した薄膜
多結晶シリコンに比べ、同一のキャリア濃度において高
い移動度を示している。
した薄膜多結晶シリコンは、従来の方法で形成した薄膜
多結晶シリコンに比べ、同一のキャリア濃度において高
い移動度を示している。
【００２７】また、最も高いホール移動度として８０８
ｃｍ2 ／Ｖｓ（キャリア濃度１．３×１０16ｃｍ-3）を
得ることができた。次に、本発明に従う薄膜多結晶シリ
コンを用いた光起電力素子を作製した。図９は、この光
起電力素子の構造を示しており、表面に凹凸を形成した
ＳＵＳステンレス基板４１の上に、本発明に従いｎ型の
薄膜多結晶シリコン層４２を厚み１０μｍとなるように
形成した。基板４１の凹凸形状は、山と谷の間の高さ及
び山と山との間の距離が１０〜２０μｍであるような形
状である。またｎ型薄膜多結晶シリコン層４２を形成す
る際、第１の非晶質シリコン層の厚みを１０００Åと
し、第２の非晶質シリコン層の厚みを１０μｍとした。
ｃｍ2 ／Ｖｓ（キャリア濃度１．３×１０16ｃｍ-3）を
得ることができた。次に、本発明に従う薄膜多結晶シリ
コンを用いた光起電力素子を作製した。図９は、この光
起電力素子の構造を示しており、表面に凹凸を形成した
ＳＵＳステンレス基板４１の上に、本発明に従いｎ型の
薄膜多結晶シリコン層４２を厚み１０μｍとなるように
形成した。基板４１の凹凸形状は、山と谷の間の高さ及
び山と山との間の距離が１０〜２０μｍであるような形
状である。またｎ型薄膜多結晶シリコン層４２を形成す
る際、第１の非晶質シリコン層の厚みを１０００Åと
し、第２の非晶質シリコン層の厚みを１０μｍとした。
【００２８】この上にｉ型非晶質シリコン層４３（厚み
５０Å）、及びｐ型非晶質シリコン層４３（厚み５０
Å）を順次積層し、この上に表面反射防止膜としてＩＴ
Ｏ膜４５を厚み７００Åで形成した。
５０Å）、及びｐ型非晶質シリコン層４３（厚み５０
Å）を順次積層し、この上に表面反射防止膜としてＩＴ
Ｏ膜４５を厚み７００Åで形成した。
【００２９】比較として、図９に示すｎ型薄膜多結晶シ
リコン層４２を従来のパーシャルドーピング法で形成し
た光起電力素子を作製した。これらの実施例及び比較例
の光起電力素子について電流−電圧特性を測定し、図１
０に示した。
リコン層４２を従来のパーシャルドーピング法で形成し
た光起電力素子を作製した。これらの実施例及び比較例
の光起電力素子について電流−電圧特性を測定し、図１
０に示した。
【００３０】図１０から明らかなように、本発明に従う
薄膜多結晶シリコンを用いた実施例の光起電力素子は、
短絡電流及び曲率因子（Ｆ．Ｆ．）が著しく向上してお
り、本発明に従う薄膜多結晶シリコンが光起電力素子用
の薄膜多結晶シリコンとして適していることがわかる。
薄膜多結晶シリコンを用いた実施例の光起電力素子は、
短絡電流及び曲率因子（Ｆ．Ｆ．）が著しく向上してお
り、本発明に従う薄膜多結晶シリコンが光起電力素子用
の薄膜多結晶シリコンとして適していることがわかる。
【００３１】上記実施例では、第１の非晶質シリコン層
のドーパントとしてリンを例示したが、ドーパントはこ
れに限定されるものではなく、例えばｎ型にドープする
場合はアンチモンでもよく、ｐ型にドープする場合はボ
ロンまたはアルミニウム等を用いることができる。
のドーパントとしてリンを例示したが、ドーパントはこ
れに限定されるものではなく、例えばｎ型にドープする
場合はアンチモンでもよく、ｐ型にドープする場合はボ
ロンまたはアルミニウム等を用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明に従う薄膜多結晶シリコンは、実
質的に厚み方向に結晶粒界が存在しておらず、このため
高いキャリア移動度を示す。従って、本発明に従う薄膜
多結晶シリコンを光起電力素子の光電変換層として用い
ることにより、光電変換特性を著しく向上させることが
できる。
質的に厚み方向に結晶粒界が存在しておらず、このため
高いキャリア移動度を示す。従って、本発明に従う薄膜
多結晶シリコンを光起電力素子の光電変換層として用い
ることにより、光電変換特性を著しく向上させることが
できる。
【図１】本発明に従う薄膜多結晶シリコンの結晶構造を
示す模式図。
示す模式図。
【図２】従来のパーシャルドーピング法により得られる
薄膜多結晶シリコンの結晶構造を示す模式図。
薄膜多結晶シリコンの結晶構造を示す模式図。
【図３】本発明の製造方法の実施例において第２の非晶
質シリコン層及び第２の非晶質シリコン層を形成した後
の状態を示す模式的断面図。
質シリコン層及び第２の非晶質シリコン層を形成した後
の状態を示す模式的断面図。
【図４】図３に示す第１の非晶質シリコン層及び第２の
非晶質シリコン層を熱処理し結晶化させた状態を示す模
式的断面図。
非晶質シリコン層を熱処理し結晶化させた状態を示す模
式的断面図。
【図５】凹凸の形成された基板上の結晶相の状態を示す
断面図。
断面図。
【図６】フラットな表面の基板上に形成された結晶相の
状態を示す断面図。
状態を示す断面図。
【図７】本発明に従う製造方法で用いることのできる熱
処理装置の一例を示す模式図。
処理装置の一例を示す模式図。
【図８】本発明の実施例において製造した薄膜多結晶シ
リコンのホール移動度を示す図。
リコンのホール移動度を示す図。
【図９】本発明に従う実施例において製造した光起電力
素子の構造を示す模式的断面図。
素子の構造を示す模式的断面図。
【図１０】本発明に従う実施例において製造した光起電
力素子の電流−電圧特性を示す図。
力素子の電流−電圧特性を示す図。
【図１１】本発明に従う薄膜多結晶シリコンの結晶構造
を示す電子顕微鏡写真。
を示す電子顕微鏡写真。
【図１２】図１１に示す電子顕微鏡写真の模式図。
１，３…基板 ２，４…薄膜多結晶シリコン ２ａ，４ａ，４ｂ…結晶粒界 ５，６，７…結晶粒 ２１…基板 ２２…第１の非晶質シリコン層 ２３…結晶相 ２４…第２の非晶質シリコン層
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成した非晶質シリコン薄膜を
熱処理することにより結晶化した薄膜多結晶シリコンで
あって、 実質的に厚み方向に結晶粒界が存在しないことを特徴と
する、薄膜多結晶シリコン。 - 【請求項２】 結晶相を分散して含むドープされた第１
の非晶質シリコン層を基板上に形成する工程と、 前記第１の非晶質シリコン層の上にドープされていない
第２の非晶質シリコン層を形成する工程と、 前記第１の非晶質シリコン層及び前記第２の非晶質シリ
コン層を結晶化するため熱処理する工程とを備える、薄
膜多結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項３】 前記第１の非晶質シリコン層及び前記第
２の非晶質シリコン層がＣＶＤ法により形成され、原料
ガスの切換により前記第１の非晶質シリコン層の形成に
引き続き前記第２の非晶質シリコン層が形成される、請
求項２に記載の薄膜多結晶シリコンの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15369293A JP3322440B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 薄膜多結晶シリコンの製造方法 |
| US08/263,528 US5486237A (en) | 1993-06-24 | 1994-06-22 | Polysilicon thin film and method of preparing polysilicon thin film and photovoltaic element containing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15369293A JP3322440B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 薄膜多結晶シリコンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714764A true JPH0714764A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3322440B2 JP3322440B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=15568055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15369293A Expired - Lifetime JP3322440B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 薄膜多結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5486237A (ja) |
| JP (1) | JP3322440B2 (ja) |
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